Thesis (Ph.D.)--University of Wollongong, 2008. / Typescript. Includes bibliographical references: leaf [162]-180.

Em Janeiro de 2001, um supercondutor totalmente novo foi apresentado por Nagamatsu, o diboreto de magnésio (MgB2), com uma temperatura crítica, Tc, surpreendentemente alta de 39 K. Atualmente, o MgB2 é considerado o condutor de alto campo do futuro. É claramente aceito que os valores excepcionais de altos campos magnético crítico superior, Hc2, (Hc2 + (0) ? 40 T para Tc ? 35 - 40 K) mostram que o MgB2 é capaz de substituir o Nb3Sn (Hc2 (0) ? 30 T para Tc ? 18 K) como a escolha para aplicações de altos campos magnéticos. Neste trabalho foram preparadas pastilhas supercondutoras de MgB2 utilizando adições de diboretos metálicos de ZrB2, TaB2, VB2 e AlB2 e adições simultâneas de diboretos metálicos e fontes diversas de carbono, como carbeto de silício, grafite e nanotubos de carbono. O objetivo da adição desses novos elementos foi criar mecanismos para melhorar a capacidade de transporte do material, tanto pela dopagem substitucional como pela geração de defeitos na matriz supercondutora, atuando como eficientes centros de aprisionamento das linhas de fluxo magnético. Para isso foram utilizados dois diferentes métodos de preparação de amostras, insitu e ex-situ. O método de preparação in-situ seguiu padrões convencionais, como mistura em moinho de bola e tratamento térmico em fluxo de argônio. Para a preparação das amostras utilizando-se o método ex-situ foram utilizadas técnicas mais sofisticadas, como moagem de alta energia e tratamento térmico em altas pressões (Hot Isostatic Press, HIP). Em geral, as adições dos diboretos metálicos melhoraram a capacidade de transporte do material em baixos campos, as fontes de carbono aumentaram os valores de densidade de corrente crítica em altos campos magnéticos, enquanto que as combinações das duas adições melhoram a capacidade de transporte, para algumas amostras, em toda a faixa de campo magnético medida. / In January 2001, a new superconductor was presented by Nagamatsu, the magnesium diboride (MgB2), with a critical temperature, Tc, extremely high of 39 K. MgB2 is considered the high field conductor of the future. The exceptional high values of upper critical magnetic field, Hc2, (Hc2 + (0) ? 40 T for Tc ? 35 - 40 K) show that the MgB2 is able to replace the Nb3Sn (Hc2 (0) ? 30 T for Tc ? 18 K) as the choice for applications in high magnetic fields. In this work, superconducting pellets of MgB2 were prepared with addition of other metal diborides of ZrB2, TaB2, VB2, and AlB2, and simultaneous additions of metal diborides and different carbon sources, such as silicon carbide, graphite and carbon nanotubes. The objective of these additions of new elements was to create mechanisms to improve the transport capacity of the material, by substitutional doping and by generation of defects in the superconducting matrix, acting as effective pinning centers of magnetic flux lines. Two different methods for sample preparation were used, the in-situ and the ex-situ method. The in-situ preparation method followed conventional standards, such as powder mixing in a ball mill and heat treatment in argon flow. The ex-situ preparation method used more sophisticated techniques, such as high energy ball milling and heat treatment under high pressures (Hot Isostatic Press, HIP). In general, the additions of metal diborides improved the transport capacity of the material at low fields, the carbon sources increased the critical current density at high magnetic fields, whereas the combination of these two additions improved the transport capacity, for some samples, in all range of applied magnetic field.

Em Janeiro de 2001, um supercondutor totalmente novo foi apresentado por Nagamatsu, o diboreto de magnésio (MgB2), com uma temperatura crítica, Tc, surpreendentemente alta de 39 K. Atualmente, o MgB2 é considerado o condutor de alto campo do futuro. É claramente aceito que os valores excepcionais de altos campos magnético crítico superior, Hc2, (Hc2 + (0) ? 40 T para Tc ? 35 - 40 K) mostram que o MgB2 é capaz de substituir o Nb3Sn (Hc2 (0) ? 30 T para Tc ? 18 K) como a escolha para aplicações de altos campos magnéticos. Neste trabalho foram preparadas pastilhas supercondutoras de MgB2 utilizando adições de diboretos metálicos de ZrB2, TaB2, VB2 e AlB2 e adições simultâneas de diboretos metálicos e fontes diversas de carbono, como carbeto de silício, grafite e nanotubos de carbono. O objetivo da adição desses novos elementos foi criar mecanismos para melhorar a capacidade de transporte do material, tanto pela dopagem substitucional como pela geração de defeitos na matriz supercondutora, atuando como eficientes centros de aprisionamento das linhas de fluxo magnético. Para isso foram utilizados dois diferentes métodos de preparação de amostras, insitu e ex-situ. O método de preparação in-situ seguiu padrões convencionais, como mistura em moinho de bola e tratamento térmico em fluxo de argônio. Para a preparação das amostras utilizando-se o método ex-situ foram utilizadas técnicas mais sofisticadas, como moagem de alta energia e tratamento térmico em altas pressões (Hot Isostatic Press, HIP). Em geral, as adições dos diboretos metálicos melhoraram a capacidade de transporte do material em baixos campos, as fontes de carbono aumentaram os valores de densidade de corrente crítica em altos campos magnéticos, enquanto que as combinações das duas adições melhoram a capacidade de transporte, para algumas amostras, em toda a faixa de campo magnético medida. / In January 2001, a new superconductor was presented by Nagamatsu, the magnesium diboride (MgB2), with a critical temperature, Tc, extremely high of 39 K. MgB2 is considered the high field conductor of the future. The exceptional high values of upper critical magnetic field, Hc2, (Hc2 + (0) ? 40 T for Tc ? 35 - 40 K) show that the MgB2 is able to replace the Nb3Sn (Hc2 (0) ? 30 T for Tc ? 18 K) as the choice for applications in high magnetic fields. In this work, superconducting pellets of MgB2 were prepared with addition of other metal diborides of ZrB2, TaB2, VB2, and AlB2, and simultaneous additions of metal diborides and different carbon sources, such as silicon carbide, graphite and carbon nanotubes. The objective of these additions of new elements was to create mechanisms to improve the transport capacity of the material, by substitutional doping and by generation of defects in the superconducting matrix, acting as effective pinning centers of magnetic flux lines. Two different methods for sample preparation were used, the in-situ and the ex-situ method. The in-situ preparation method followed conventional standards, such as powder mixing in a ball mill and heat treatment in argon flow. The ex-situ preparation method used more sophisticated techniques, such as high energy ball milling and heat treatment under high pressures (Hot Isostatic Press, HIP). In general, the additions of metal diborides improved the transport capacity of the material at low fields, the carbon sources increased the critical current density at high magnetic fields, whereas the combination of these two additions improved the transport capacity, for some samples, in all range of applied magnetic field.

Em trabalhos anteriores de nosso grupo de pesquisa foram desenvolvidos fios supercondutores nanoestruturados de Nb3Sn com introdução de centros de aprisionamento artificiais (CAAs) de Cu(Sn), numa tentativa de melhorar as propriedades supercondutoras. Porém, os perfis de tratamentos térmicos utilizados não foram otimizados. No presente trabalho as amostras desses fios compósitos foram utilizadas para otimização dos perfis de tratamentos térmicos visando determinar a influência destes perfis no processo de difusão atômica, reação e formação de fases nestes supercondutores nanoestruturados, e, com isso, otimizar a capacidade de transporte de corrente desses materiais. As micrografias e as análises composicionais obtidas produziram um conjunto de informações sobre os mecanismos de difusão e formação da fase supercondutora de Nb3Sn. As amostras foram analisadas quanto às suas propriedades e características supercondutoras. Com as medidas de transporte e magnetização pôde-se obter o comportamento global do supercondutor e o comportamento de cada filamento individual de Nb3Sn, respectivamente. Os compósitos otimizados apresentaram valores de temperatura crítica Tc próximos de 17 K, valores de Bc2 da ordem de 18 T, e densidades de corrente crítica tão altas quanto 1750 A/mm² a 4,2K e 12 T. Os máximos das curvas de força de aprisionamento aconteceram em campos magnéticos tão altos quanto 10 T, aproximadamente 0,5 Bc2, em distinção ao valor de 4,5 T (cerca de 0,2 Bc2) para Nb3Sn convencional, deslocamento que demonstra mudanças no comportamento de aprisionamento de fluxo nestes materiais. Um comportamento inédito e importante, que mistura os mecanismos de aprisionamento de fluxo devido aos contornos de grãos e as fases normais, está presente e pôde ser quantificado em detalhe. A análise dos comportamentos de todas as amostras possibilitou um entendimento satisfatório da influência dos CAAs na fase supercondutora e da influência do efeito de proximidade no aprisionamento de fluxo e nas propriedades de transporte destes materiais. / In previous works of our research group it was shown the development of Nb3Sn nanostructured superconducting wires with introduction of artificial pinning centers (APCs) of Cu(Sn), in an attempt to improve the superconducting properties. However, the used heat treatment profiles were not optimized. In the present work samples of these composite wires were used to optimize the heat treatment profile aiming to determine the influence of these profiles on the processes of atomic diffusion, reaction and formation of phases in these nanostructured superconductors and, consequently, optimize the transport properties of these materials. The obtained micrographs and compositional analysis gave a set of information about the diffusion mechanisms and formation of the Nb3Sn superconducting phase. The samples were analyzed in relation to their superconducting properties and characteristics. The transport and magnetization measurements showed the global behavior of the superconductor and the behavior of each individual Nb3Sn filament, respectively. The optimized composites presented values of critical temperature Tc around 17 K, values of Bc2 around 18 T, and critical current densities as large as 1750 A/mm2 at 4,2 K and 12 T. The peaks of the pinning force curves, occurred at magnetic fields as large as 10 T, approximately 0.5 Bc2, in distinction to the value of 4.5 T (about 0.2 Bc2) for conventional Nb3Sn, displacement that demonstrates changes on the flux pinning behavior in these materials. An inedit and important behavior, which mixes the flux pinning mechanisms due to the grain boundaries and to the normal phases, is present and could be quantified in detail. The behavior analysis of all samples enable a satisfactory understanding of the APCs influence on the superconducting phase and of the influence of the proximity effect on the flux pinning and on the transport properties of these materials.

Em trabalhos anteriores de nosso grupo de pesquisa foram desenvolvidos fios supercondutores nanoestruturados de Nb3Sn com introdução de centros de aprisionamento artificiais (CAAs) de Cu(Sn), numa tentativa de melhorar as propriedades supercondutoras. Porém, os perfis de tratamentos térmicos utilizados não foram otimizados. No presente trabalho as amostras desses fios compósitos foram utilizadas para otimização dos perfis de tratamentos térmicos visando determinar a influência destes perfis no processo de difusão atômica, reação e formação de fases nestes supercondutores nanoestruturados, e, com isso, otimizar a capacidade de transporte de corrente desses materiais. As micrografias e as análises composicionais obtidas produziram um conjunto de informações sobre os mecanismos de difusão e formação da fase supercondutora de Nb3Sn. As amostras foram analisadas quanto às suas propriedades e características supercondutoras. Com as medidas de transporte e magnetização pôde-se obter o comportamento global do supercondutor e o comportamento de cada filamento individual de Nb3Sn, respectivamente. Os compósitos otimizados apresentaram valores de temperatura crítica Tc próximos de 17 K, valores de Bc2 da ordem de 18 T, e densidades de corrente crítica tão altas quanto 1750 A/mm² a 4,2K e 12 T. Os máximos das curvas de força de aprisionamento aconteceram em campos magnéticos tão altos quanto 10 T, aproximadamente 0,5 Bc2, em distinção ao valor de 4,5 T (cerca de 0,2 Bc2) para Nb3Sn convencional, deslocamento que demonstra mudanças no comportamento de aprisionamento de fluxo nestes materiais. Um comportamento inédito e importante, que mistura os mecanismos de aprisionamento de fluxo devido aos contornos de grãos e as fases normais, está presente e pôde ser quantificado em detalhe. A análise dos comportamentos de todas as amostras possibilitou um entendimento satisfatório da influência dos CAAs na fase supercondutora e da influência do efeito de proximidade no aprisionamento de fluxo e nas propriedades de transporte destes materiais. / In previous works of our research group it was shown the development of Nb3Sn nanostructured superconducting wires with introduction of artificial pinning centers (APCs) of Cu(Sn), in an attempt to improve the superconducting properties. However, the used heat treatment profiles were not optimized. In the present work samples of these composite wires were used to optimize the heat treatment profile aiming to determine the influence of these profiles on the processes of atomic diffusion, reaction and formation of phases in these nanostructured superconductors and, consequently, optimize the transport properties of these materials. The obtained micrographs and compositional analysis gave a set of information about the diffusion mechanisms and formation of the Nb3Sn superconducting phase. The samples were analyzed in relation to their superconducting properties and characteristics. The transport and magnetization measurements showed the global behavior of the superconductor and the behavior of each individual Nb3Sn filament, respectively. The optimized composites presented values of critical temperature Tc around 17 K, values of Bc2 around 18 T, and critical current densities as large as 1750 A/mm2 at 4,2 K and 12 T. The peaks of the pinning force curves, occurred at magnetic fields as large as 10 T, approximately 0.5 Bc2, in distinction to the value of 4.5 T (about 0.2 Bc2) for conventional Nb3Sn, displacement that demonstrates changes on the flux pinning behavior in these materials. An inedit and important behavior, which mixes the flux pinning mechanisms due to the grain boundaries and to the normal phases, is present and could be quantified in detail. The behavior analysis of all samples enable a satisfactory understanding of the APCs influence on the superconducting phase and of the influence of the proximity effect on the flux pinning and on the transport properties of these materials.

No description available.

No description available.

No description available.

No description available.